[發明專利]一種單晶高鎳正極材料及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110463007.7
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN112886006B
• 公開（公告）日: 2021-08-06
• 發明（設計）人: 馬加力;張樹濤;李子郯;王壯;王亞州;白艷;潘海龍
• 申請（專利權）人: 蜂巢能源科技有限公司
• 主分類號: H01M4/505
• 分類號: H01M4/505;H01M4/525;H01M10/0525;C01G53/00;C30B1/10;C30B29/22
• 代理公司: 北京遠智匯知識產權代理有限公司 11659
• 代理人: 王巖

本發明提供了一種單晶高鎳正極材料及其制備方法和應用，所述制備方法包括以下步驟：（1）將前驅體、鋰源及納米氧化物混合，在含氧氣氛下經一次燒結處理，得到一燒材料；（2）將步驟（1）得到的一燒材料與鈦源和鈷源混合，在含氧氣氛下經二次燒結處理，得到所述單晶高鎳正極材料，本發明采用Ti/Co共包覆法，可以大幅度降低制得單晶高鎳正極材料的殘堿量，同時容量及倍率性能也保持在較高水平，從而減少了工藝流程，降低了成本。

技術領域

本發明屬于鋰離子電池領域，涉及一種單晶高鎳正極材料及其制備方法和應用。

背景技術

在合成高鎳三元鎳鈷錳酸鋰（NCM）正極材料或者鎳鈷鋁酸鋰（NCA）正極材料時，材料表面殘余堿含量較高，容易吸水，一方面，對于正極材料后續的涂覆造成困難，同時在耐堿性方面對電解液提出了更高的要求，高堿度會導致電池在循環過程中脹氣，進而影響電池的循環性能；另一方面在充電狀態下，因正極材料顆粒表面上存在Ni⁴⁺，Ni⁴⁺活性較高，易與電解液發生副反應，從而增加了電池的阻抗以及帶來不可逆容量的損失。

對于上述問題，目前最普遍的解決辦法是對正極材料進行水洗、包覆及復雜的結構設計等方式以改善材料的循環性能和倍率性能，但改善效果都不理想。

CN112186158A公開了一種正極復合材料，所述正極復合材料包括無鈷正極材料及形成在其表面的復合碳包覆層，其所述無鈷正極材料的粒徑為3~5μm，粒徑在該范圍內的無鈷正極材料更利于復合碳進行包覆。復合碳中選擇石墨烯，能夠有效提高無鈷正極材料的離子電導率，正極復合材料還能有效隔離電解液，減少副反應的發生，提高了材料的首次充放電容量。但是其所述材料表面殘堿量過高，涂覆效果較差。

CN109768254A公開了一種改性的低殘堿型高鎳三元正極材料及其制備方法與應用，所述改性的低殘堿型高鎳三元正極材料是將高鎳三元正極材料及磷酸氫鹽均勻分散于溶劑，然后對所得混合溶液進行烘干，再對烘干所得產物進行燒結，以使高鎳三元正極材料表面的殘堿與磷酸氫鹽反應生成磷酸鹽而得到的。其所述改性的低殘堿型高鎳三元正極材料的殘堿量和pH值的顯著降低，不僅能夠防止殘堿與電解液直接接觸而發生副反應，而且還能使得該改性的低殘堿型高鎳三元正極材料與電解液的反應界面之間具有較高的離子導電性，從而減少阻抗，但是其所述正極材料制得電池的容量較低，電池性能較差。

上述方案存在有殘堿量較高或電池容量降低的問題，因此，開發一種殘堿量低且保持電池容量的單晶高鎳正極材料是十分必要的。

發明內容

本發明的目的在于提供一種單晶高鎳正極材料及其制備方法和應用，所述制備方法包括以下步驟：（1）將前驅體、鋰源及納米氧化物混合，在含氧氣氛下經一次燒結處理，得到一燒材料；（2）將步驟（1）得到的一燒材料與鈦源和鈷源混合，在含氧氣氛下經二次燒結處理，得到所述單晶高鎳正極材料，本發明采用Ti/Co共包覆法，可以大幅度降低制得單晶高鎳正極材料的殘堿量，同時容量及倍率性能也保持在較高水平，從而減少了工藝流程，降低了成本。

為達到此發明目的，本發明采用以下技術方案：

第一方面，本發明提供了一種單晶高鎳正極材料的制備方法，所述制備方法包括以下步驟：

（1）將前驅體、鋰源及納米氧化物混合，在含氧氣氛下經一次燒結處理，得到一燒材料；

（2）將步驟（1）得到的一燒材料與鈦源和鈷源混合，在含氧氣氛下經二次燒結處理，得到所述單晶高鎳正極材料。

本發明采用納米氧化物與前驅體和鋰源摻雜，可以降低鋰鎳混排，穩定晶體結構，提高電極材料的導電性進而提高電池的安全性及長周期的循環穩定性，本發明采用Ti/Co共包覆法，可以大幅度降低制得單晶高鎳正極材料的殘堿量，同時容量及倍率性能也保持在較高水平，從而減少了工藝流程，降低了成本。